电子雷管在城市隧道减振爆破中的应用
欧仙荣
（福建海峡科化股份有限公司，福建 明溪，365201）
[摘 要]：城市隧道掘进工程中对爆破振动的控制要求日益严格，因导爆管雷管的固有延期时间存在误差且延期间隔受到限制，不同段别爆破孔的延期时间都有可能重叠，从而增强了爆破振动。在同等地质条件、装药量与钻孔条件下，与导爆管雷管相比较，电子雷管通过精确控制延期时间，能够实现高精度的微差爆破，通过错峰减振机理达到微差爆破降振的目的。经爆破振动测试与分析，与导爆管雷管相比，电子雷管有效降振30-60%。
[关键词]：电子雷管；小波分析；微差爆破；爆破振动
Application of Electronic detonator in urban tunnel blasting to reduce the vibration
OU-Xianrong
(Haixia technology Fenglin company, Mingxi, Fujian,365201)
ABSTRACT: The control of the Urban tunneling engineering blasting to reduce vibration is more and more strict . The inherent delay time of nonel detonators exist error and delay interval is limited, so different period of delay time may overlap to enhance the blasting vibration. Compared with nonel detonators, in the same geological conditions, dosage and drilling conditions, the electronic detonator can achieve high-precision millisecond blasting by precise controlling the delay time and staggering damping mechanism to achieve the objective of millisecond blasting vibration reduction. After the blasting vibration test and analysis,electronic detonators effectively reduce vibration 30-60%, compared with the nonel detonator.
Key words: Electronic detonator, Wavelet Analysis ,Millisecond Blasting , Blasting Vibration
1 前 言
在城镇化飞速发展的今天，城市人口骤增，带给城市的不仅是繁荣，同时带给城市的是交通压力愈发严重。目前路面交通工具在多数城市交通中扮演主要角色，但已经不能满足当前城市发展的需求，要本质上解决交通压力问题，需要重点建设城市地下交通。
建设城市地下交通目前有两种方式，机械施工法和爆破法。机械施工主要是盾构机掘进，盾构机施工法的优点是噪音小、振动低、无飞石、安全性高等特点，缺点是施工效率低、成本高，在一般城市建设中无法承担高昂的成本；爆破法的优点是效率高、成本低，缺点是传统的爆破方法产生的振动大、噪音大、安全性差，在城市隧道建设中存在一定的隐患。
深圳这座矗立在国家改革开放战略最前沿的城市，大力建设地铁交通，缓解交通压力是这个城市的必然使命。目前地铁交通建设主要采用了爆破掘进法，而爆破法使用的传统爆
欧仙荣:1972年7月,男,工程师,从事起爆器材工艺技术和产品研发，E-mail：fljszlb@163.com
破器材导爆管雷管已不能满足爆破方案的要求。
以深圳地铁11号线为例，为解决导爆管雷管爆破法存在的诸多问题，决定采用达到国际领先水平的电子雷管与传统的导爆管雷管进行爆破效果对比。
2 工程概况
深圳市城市轨道交通11号线工程拟建福永站～地下-高架区间分界段位于深圳市宝安区福永站至桥头站之间宝安大道下，起于福海大道，穿越蚝业路,接高架区间。福永站为地下2层车站，起讫里程YDK37+895.500～YDK38+550.000，区间长约654.5m，ZDK37+895.500～ZDK38+551.838，区间长约656.338m。
3 爆破环境
3.1 地形地貌
根据深圳市城市轨道交通11号线线路经过的地貌单元特征、工程地质特征及水文地质特征等因素，福永站至桥头站区间场地位于宝安大道（福海大道～桥和路段）下，场地所在地区原始地貌为剥蚀残丘及海相冲积平原地貌，后经长期剥蚀夷平、人工整平及人工填海造地，场地区现状地势低缓平坦，地面高程5.32～7.52m。线路两侧主要是工业区、宿舍、居民住宅区等，道路两侧市政管线较多。周边环境平面布局如图1所示。
图1 周边环境平面布局图
3.2 地层岩性
根据本次钻探揭露，结合区域地质资料、工可阶段勘察成果，本拟建场根据本次钻探揭露，结合区域地质资料、工可、初勘阶段勘察成果，本拟建区间场地勘察深度范围内主要分布有第四系全新统人工堆积层（Q4ml）、第四系全新统海陆交互相沉积层（Q4mc）、第四系全新统冲洪积层（Q4 al+pl）、第四系上更新统冲洪积层（Q3 al+pl）、第四系残积层（Qel）、加里东期片麻状混合花岗岩（Mγ3）及构造岩。拟建场地原地貌为剥蚀残丘，现已被挖填成宝安大道，地形比较平坦。地面高程-2.15～4.85m。
3.3 工程特点
（1）爆区处于闹市区，施工环境十分复杂，周边建筑设施较多，需保护的重要市政管线也很繁多，需对振动和飞石进行严格控制，对保证爆破安全的技术要求很高。
（2）隧道埋深很浅，两个隧道间的间距也很小，加大了爆破的难度，采用常规的爆破方式，很难满足施工要求。爆破开挖必须确保边坡围岩稳定。
（3）爆破振动、粉尘、噪声对施工区域附近场所影响大，容易扰民，施工必须将爆破对环境、人员的影响降到最低。
（4）对爆破震动要求较高，施工难度较大，普通雷管爆破产生较强的振动，对周围环境造成一定的影响，为了降低爆破产生的振动，提高爆破器材管理的安全性，加快工程进度，决定采用具有国际领先水平的数码电子雷管进行爆破。爆破现场施工如图2所示。
图2 隧道断面施工现场图
4 爆破参数
4.1 参数设计
(1) 掘进方式：分断面开挖
(2) 钻孔参数：孔径34mm，孔深2.5-3m，双向楔形掏槽。
(3) 炮孔孔距、装药量等其余爆破参数按原爆破设计方案。
(4)炮眼布置如图3所示。
图3 爆破布置图示
4.2 爆破器材
炸药：Φ32mm2号岩石乳化炸药
雷管：电子雷管
4.3 爆破方案
（1）第一组方案：结合电子雷管高安全性、高精度性、高可靠性、在线可编程等特点，全部使用电子雷管，施工时采用逐孔微差起爆技术，在尽量达到错峰减振爆破目的的同时，充分实现爆破振动波反向叠加，降低爆破振动。起爆延期时间设置见表1，起爆顺序、延期时间见图4：
表1 电子雷管延期设置方案
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段位 掏槽眼 辅助眼 掘进眼 内圈眼 周边眼 地板眼 |
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段内延期 5ms 7-9ms 7-9ms 7-9ms 3-5ms 3-5ms |
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段间延期 0ms 25-30ms 25-30ms 25-30ms 25-30ms 25-30ms |
图4 爆破设计图示
(红点上方数字表示该炮孔起爆时间，红点下方数字表示该孔起爆顺序)
（2）第二组方案：电子雷管与普通导爆管雷管混合使用，掏槽孔使用电子雷管，其他炮孔使用导爆管雷管。
（3）第三组方案：全部使用导爆管雷管。
5 爆破效果分析
三组方案爆破振动检测共布设4个测点，距爆区分别为隧道上方--10m、测试点1--29m、燃气管道--49m和某商务大厦--87m，振动测点布置如图5所示：
图5 振动测试点图示
就三组爆破方案产生的振动数据结果进行分析，并比较三组方案爆破产生的振动效果。
5 .1 爆破振动数据
第一组爆破方案测振结果见图6： 第二组爆破方案测振结果见图7：
图6--电子雷管爆破测振图 图7 电子雷管-导爆管雷管混合爆破测振图
第三组爆破方案测振结果如图8所示
图8 导爆管雷管爆破测振图
5 .2 爆破振动数据对比分析
图6显示，爆破振速最大为0.26cm/s，达到最大振速的时刻为0.14s，即：产生最大振动速度的段位是集中在掘进眼；图7显示，爆破振速最大为0.45cm/s，达到最大振速的时刻为0.26s，即：产生最大振动速度的段位也是集中在掘进眼；图8显示，爆破振动速度为0.57cm/s，达到最大振速的时刻为0.04s，即：产生最大振动速度的段位集中在掏槽眼。电子雷管的爆破最大质点振速与导爆管雷管相比，降低了54%。
测振统计分析，在井巷掘进爆破工程中，一般最大爆破振动主要是由最大段药量掏槽眼产生的。导爆管雷管由于延期误差较大，有时不同段别的炮孔会发生窜段，从而极大的增强了爆破振动，对爆破点周围房屋建筑、道路、桥梁、燃气管道等城市财产和人员安全造成了很大威胁。而电子雷管延期通过电子物理模块控制，能够更准确实现微差爆破，有效降低了爆破振动。
从三组测振数据分析显示，电子雷管爆破产生的振动能量衰减速度很快，而导爆管雷管爆破产生的振动能量衰减速度较为缓慢。通过小波包分析法对爆破产生的能量分布特征进行分析，结果表明电子雷管爆破产生的振动能量主要集中在高频带，具有更宽的频带，普通雷管爆破产生的振动能量主要集中在中低频带。在爆破振动危害中，中低频带的振动波较为接近建筑物固有频率，更容易造成危害。
6 结 论
通过比较普通导爆管雷管、电子雷管、普通导爆管与电子雷管混合等三组爆破方案效果得出以下结论：
（1） 隧道爆破中的爆破振动主要集中在掏槽眼，而普通雷管本身延期误差较大，容易引起窜段，无法控制爆破振动，若减小装药量或是在同段孔位装不同段雷管，则操作极为不便，施工效率大大降低。
（2） 电子雷管可实现微差爆破，延期精度误差极小（1-100ms内误差为0.1ms，100以上误差为1%ms），并且根据孔网参数可灵活调整延期时间，通过错峰减振机理设计有效降低爆破振动达30-60%。
（3） 在城市复杂环境爆破工程中，使用电子雷管产品不仅减少和控制爆破振动产生的危害，并且提高了施工效率，降低了工程综合成本。
参考文献
「1」赵勇，傅洪贤，谢晋水等.电子雷管在隧道钻爆法开挖中降振试验研究[J]．工程爆破，2012,3.
「2」孟小伟，黄明利，谭忠盛等.数码电子雷管在城镇浅埋隧道减振爆破中的应用[J]．工程爆破，2012,3.
「3」田振农,孟祥栋,王国欣.城区隧道电子雷管起爆错相减震机理分析[J]．振动与冲击，2012,21
「4」陈银鲁．爆破震动信号的能量分析方法及其应用研究[D]．杭州：浙江大学，2010.
「5」张国立，于亚伦．爆破振动频率预测研究及其回归分析[A]．中国爆破新技术[M]．北京：冶金工业出版社．2004．
「6」晏俊伟，龙 源，方 向等．基于小波变换的爆破振动信号能量分布特征分析[J]．爆炸与冲击，2007，27(5)
「7」中国生．基于小波变换爆破振动分析的应用基础研究[D]．长沙：中南大学，2006．
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